bytesとは？

bytesは、Pythonで不変（イミュータブル）なバイト列を扱うための組み込みデータ型です。バイナリデータやエンコーディングを伴うデータ（例: テキストのバイト列）を扱う場合に使用され、画像ファイル、音声ファイル、ネットワーク通信などの低レベルなデータ操作が必要なシーンで活用されます。 bytesオブジェクトは、str型の文字列と似ていますが、バイト単位でデータを管理します。strはテキストを扱い、内部的にはUnicode文字列を使用しますが、bytesはバイト値（0～255の整数）を直接扱う点が異なります。

bytesの基本的な使い方

bytesの作成方法

bytesオブジェクトは、数値のリスト、バイトリテラル、文字列のエンコーディング結果など、さまざまな方法で作成できます。

バイトリテラルから作成

バイトリテラルは、bで始まる文字列のような形式で記述します。バイト列はASCIIエンコードされた文字列として扱われます。

# バイトリテラルからbytesを作成
b = b'hello'
print(b)  # 出力: b'hello'

数値のリストから作成

0～255の範囲の整数リストを渡すと、それに対応するバイト列が作成されます。

# 数値リストからbytesを作成
b = bytes([104, 101, 108, 108, 111])  # 'hello'に対応するASCIIコード
print(b)  # 出力: b'hello'

特定のサイズで初期化

bytes()を使って特定のサイズのゼロ初期化されたバイト列を作成することもできます。

# 5バイトのゼロ初期化されたbytesを作成
b = bytes(5)
print(b)  # 出力: b'\x00\x00\x00\x00\x00'

文字列のエンコーディングから作成

テキスト（文字列）をバイト列に変換する際には、encode()メソッドを使用して、特定のエンコーディング形式（たとえばUTF-8）でバイト列を生成します。

# 文字列をUTF-8でエンコードしてbytesを作成
text = "こんにちは"
b = text.encode('utf-8')
print(b)  # 出力: b'\xe3\x81\x93\xe3\x82\x93\xe3\x81\xab\xe3\x81\xa1\xe3\x81\xaf'

bytesの操作

bytesオブジェクトは、リストや文字列と同様に、要素へのアクセスやスライスが可能ですが、不変であるため内容を変更することはできません。

要素へのアクセス

bytesオブジェクトは、各バイトを0～255の整数として扱います。インデックスでバイトにアクセスできます。

b = b'hello'
print(b[0])  # 出力: 104 ('h'のASCIIコード)
print(b[1:4])  # 出力: b'ell'

bytesの結合

bytes同士は+演算子で結合できます。

b1 = b'hello'
b2 = b' world'
b3 = b1 + b2
print(b3)  # 出力: b'hello world'

bytesの繰り返し

*演算子を使ってバイト列を繰り返すことができます。

b = b'hi' * 3
print(b)  # 出力: b'hihihi'

in演算子による部分検索

bytes内で指定したバイト列が存在するかを確認するには、in演算子が使えます。

b = b'hello world'
print(b'world' in b)  # 出力: True

不変性（変更できない）

bytesは不変のデータ型であり、要素を変更しようとするとエラーが発生します。

b = b'hello'
# b[0] = 72  # TypeError: 'bytes' object does not support item assignment

もしバイト列を変更したい場合は、可変のbytearray型を使用する必要があります。

bytesとbytearrayの違い

bytesとbytearrayの違いは、前者が不変（イミュータブル）であるのに対し、後者は可変（ミュータブル）である点です。

• bytes: 変更できないバイト列。
• bytearray: 変更可能（ミュータブル）なバイト配列。

bytesは不変であるため、作成後にその内容を変更することはできませんが、bytearrayは可変であり、作成後も要素の追加や変更が可能です。用途に応じて使い分けることが重要です。

bytearrayの例

# bytesオブジェクト（不変）
b = b'hello'
# b[0] = 72  # エラー: 'bytes' object does not support item assignment

# bytearrayオブジェクト（可変）
ba = bytearray(b'hello')
ba[0] = 72  # 'h'を'H'に変更
print(ba)  # 出力: bytearray(b'Hello')

この例では、bytesオブジェクトは要素の変更を許可しませんが、bytearrayは可変であり、特定のインデックスにアクセスして変更することができます。

bytesのエンコードとデコード

文字列をバイト列にエンコード

テキストをバイト列に変換するために、encode()メソッドを使います。例えば、UTF-8やASCIIなどのエンコーディング方式を指定して文字列をバイト列に変換します。

text = "Python"
encoded_text = text.encode('utf-8')
print(encoded_text)  # 出力: b'Python'

バイト列を文字列にデコード

逆に、バイト列を文字列に変換するには、decode()メソッドを使います。指定したエンコーディング形式に基づいて、バイト列を再び文字列に戻すことができます。

b = b'Python'
decoded_text = b.decode('utf-8')
print(decoded_text)  # 出力: Python

デコードを行う際は、バイト列が正しいエンコーディング方式でエンコードされていることを確認する必要があります。

バイナリファイルの読み書き

bytesは、バイナリデータを扱うファイル操作でも頻繁に使われます。画像ファイルや音声ファイルなど、テキストではなくバイナリデータを扱う場合、bytesオブジェクトを利用することで効率的にデータを処理できます。

バイナリデータを読み込む

# バイナリファイルを読み込んでbytesに変換
with open('example.bin', 'rb') as f:
    file_data = f.read()
    print(file_data)

バイナリデータを書き込む

# バイナリデータをファイルに書き込む
data = b'\x00\x01\x02\x03\x04'
with open('output.bin', 'wb') as f:
    f.write(data)

このように、バイナリファイルを扱う際には、'rb'や'wb'モードでファイルを開き、bytes型のデータを読み書きします。

まとめ

bytesは、Pythonでバイナリデータを扱うための重要なデータ型です。テキストデータのエンコーディングやデコード、バイナリファイルの操作、ネットワーク通信など、幅広い場面で活用されます。bytesは不変であるため、安全にデータを管理できますが、可変のバイト列が必要な場合はbytearrayを使うと柔軟に操作が可能です。

エンコーディングやファイル操作など、効率的にデータを扱いたい場合は、bytesを活用して最適なバイナリデータ処理を行いましょう。